RJAH acknowledges support from EPSRC Fellowship EP/I004599/1, MMS acknowledges funding from EPSRC under grant number EP/K5035-4X/1.

NOTA: El aparato experimental se muestra esquemáticamente en la Fig. 2. La parte principal del aparato se compone de una plataforma giratoria (300 mm x 300 mm) montada sobre un cilindro de cobre (55 mm de diámetro) que desciende por su propio peso en el fuerte campo magnético de un imán superconductor (1,8 T) con una habitación taladro vertical de temperatura. La plataforma se hace girar por medio de un motor fuera de eje que se convierte una hoja de soporte con un orificio de ojo de cerradura. El cilindro de cobre está unido a un eje en forma de llave de accionamiento que gira a la vez, y desciende una vez que se retira el holding-pin. 1. Preparación de equipos no estándar <ol><li> barco de flotación <ol><li> Hacer que el tamaño de la embarcación de tal manera que se ajusta cómodamente dentro del tanque experimental sin tocar los lados. NOTA: El barco de flotación (véase la Fig. 3) se compone de paredes de poliestireno y una base de esponja. </li><li> Proteger la esponja con una capa de strong papel de seda. NOTA: El propósito de el papel de seda es para disipar tanto impulso vertical desde el líquido se vierte en el bote como sea posible. </li></ol></li></ol> 2. Preparación de Experimento <ol><li> Preparación de capas líquidas <ol><li> Permita que el agua destilada para llegar a la temperatura del laboratorio (22 ± 2 ° C). Aproximadamente 650 ml se requiere para cada realización experimental. NOTA: dejar que la mezcla se equilibre previene la formación de burbujas en el experimento debido a exsolving aire. </li><li> Separar el agua destilada en volúmenes iguales en dos recipientes separados, A y B, que se pueden usar para preparar líquidos para la capa inferior y de capa superior densa luz respectivamente. </li><li> Preparación ex situ de densa capa inferior. Para los contenidos de recipiente A: <ol><li> Añadir NaCl para conseguir una concentración de 0,43 mol de NaCl por litro de agua (aproximadamente 25 g de NaCl por litro deSe requerirá agua); </li><li> Añadir colorantes 0,33 g de rojo y azul de trazado de agua al recipiente capa inferior (por ejemplo, Cole-Parmer 00295 a 16 y -18); </li><li> Añadir 0,1 g L-1 fluoresceína sódica. NOTA: La capa inferior será ahora ser opaco en apariencia y tienen una densidad de aproximadamente 1012,9 ± 1,2 kg m -3. </li></ol></li><li> Preparación ex-situ de la capa superior de la luz. Para el contenido del envase B: <ol><li> Añadir MnCl 2 sal para lograr una concentración de 0,06 mol MnCl 2 por litro de agua (aproximadamente 12 g de MnCl 2 por litro de agua). NOTA: La capa superior será transparente en apariencia y tienen una densidad de aproximadamente 998,2 ± 0,5 kg m -3. </li></ol></li><li> Para variar la viscosidad de las capas de fluido, añadir glicerol C 3 H 8 O 3 en cantidades iguales a cada capa hasta que se alcanza la viscosidad deseada. viscositie típicas se encuentran en el rango de 1,00 × 10 -3 - 21.00 × 10 -3 Pa s. La viscosidad de cada capa es el mismo. NOTA: Las mezclas se pueden almacenar de forma segura en sus recipientes separados hasta que sea necesario. </li><li> Preparación ex situ de estratificación de la densidad. <ol><li> Añadir 300 ml de los contenidos del recipiente A al tanque interior cilíndrica (véase la Fig. 2). </li><li> Sumergir la esponja de la embarcación de flotación en el líquido del recipiente B. NOTA: Después de (2.1.6.2) el procedimiento es sensible al tiempo, así que no llevar a cabo ningún paso adicional hasta que el imán y la iluminación, grabación y mecanismos mecánicos están listos. </li><li> Levantar el barco de flotación fuera del contenedor B y, cuando se ha dejado de goteo, se coloca cuidadosamente la embarcación de flotación en la parte superior de la capa de fluido denso en el tanque cilíndrico interior. </li><li> Comenzar a añadir líquido-capa ligera del recipiente B a la embarcación de flotación con un caudal de3 ml / min. Poco a poco aumentar esta velocidad de flujo como el barco de flotación levanta lejos de la interfaz entre las dos capas. Mantener una tasa suficiente flujo lento que la interfaz no es perturbado por el mayor impulso del flujo de fluido, pero lo suficientemente rápido que este proceso no toma más de 20 min. Seguir llenando hasta que la capa superior contiene 320 ml de fluido. NOTA: La capa inferior estará a una profundidad de aproximadamente 33 mm, y la capa superior estará a una profundidad de aproximadamente 39 mm. </li><li> bajar cuidadosamente la tapa lucite en la capa superior de tal manera que las profundidades de la capa de cada capa son iguales. Permitir que el líquido y el aire fluya a través de los orificios de purga, asegurándose de que no quede aire atrapado debajo. Observar una capa (aprox. 6 mm) de líquido capa de luz clara en la parte superior de la tapa de lucita. NOTA: Si el proceso ha sido exitoso habrá dos capas de líquido de la misma profundidad con una interfaz clara entre ellos. El espesor de la capa de difusión en la interfaz será menor que 2 mm en esta etapa. </li></ol></li><li> Llenar el depósito exterior con agua destilada claro a una altura de 6 mm por encima de la tapa lucite del depósito interno. Al observar cuadrados en no habrá paralaje curvatura inducida resultante del tanque cilíndrico interior. NOTA: Debido a que los líquidos en cada capa se difunden continuamente a través de la interfaz en este momento, proceder de inmediato a los siguientes pasos. </li></ol></li><li> Spin-up de la estratificación <ol><li> Coloque el tanque experimental en la plataforma. </li><li> Coloque la disposición con el cilindro de cobre en la cavidad del imán, el eje de accionamiento a través del orificio de ojo de cerradura en la pista y la espiga de sujeción en posición. Asegúrese de que el tanque está lejos (60 cm) desde el imán de tal manera que las fuerzas magnéticas sobre los líquidos son insignificantes en esta posición. NOTA: Llevar el tanque experimental que contiene la estratificación presenta pocas dificultades; de largo, de baja amplitud, ondas chapoteando creados por caminar con THe tanque decaerá de distancia, que tiene efecto insignificante sobre la calidad de la interfaz de lograr cuando la flotación de la capa superior en. </li><li> Encienda el motor, el aumento de la velocidad de rotación a 0,002 rad s -2, girando en marcha el fluido a la velocidad de rotación deseada. Para las velocidades de rotación en 16 el tiempo de giro de seguimiento fue del orden de 20 min - 60 min. NOTA: La velocidad de rotación más rápida utilizada fue 13,2 rad -1 s. </li></ol></li></ol> 3. Ejecución del Experimento <ol><li> Asegúrese de que el imán se indica una intensidad de campo de 1,2 T, y que a la altura a la que se inicia la inestabilidad del gradiente de campo es (grad B 2) / 2 = -14,3 T 2 m -1, donde B es la inducción magnética . </li><li> Asegúrese de que la cámara de vídeo está dispuesto de tal manera que cuando el eje de accionamiento se encuentra en su posición más baja o bien la vista lateral del experimento está en foco, o una vista en planta está en el foco a través de un espejo placed encima del experimento. </li><li> Asegúrese de que la iluminación ambiental es en los niveles correctos, de manera que ninguno de la imagen capturada por la cámara está saturado, pero que se utiliza la respuesta completa (intensidades en escala de grises en el rango 0-255). </li><li> Iniciar la grabación de vídeo (240 fps). Utilice un mando a distancia para evitar que se mueva la cámara mientras se opera la función de grabación. </li><li> Retire el pasador de retención, permitiendo que el tanque a descender, mientras gira, en el campo magnético. </li></ol> 4. Restablecer Experimento <ol><li> Restablecer plataforma experimental <ol><li> Utilice el mando a distancia para detener la grabación de vídeo. </li><li> Guarde el archivo de película en el disco. </li><li> A mano, bajar el voltaje al motor para que se desacelera a un punto muerto. Realice esto gradualmente a fin de evitar derrames. </li><li> Retirar dispositivo experimental del imán. </li><li> Disponer de las capas líquidas mezcladas adecuadamente (ver cloruro de manganeso tetrahidratado MSDS). </li><li> Enjuague el tanque con agua (seno necesita ser destilada), hasta que todas las trazas de sales han sido lavados. Evitar el contacto directo de la piel con líquidos. </li><li> Secar el depósito con cuidado con papel de seda para asegurar que no queden residuos que pueden contaminar los experimentos posteriores. </li></ol></li></ol> Procesamiento 5. Imagen <ol><li> Extraer las imágenes individuales de cada cuadro de película y guardar en formato .png sin pérdidas. Enmascarar las áreas no deseadas de cada trama, por ejemplo la plataforma o cilindro de cobre. </li><li> Calcular la función de auto-correlación de dos dimensiones 16 de cada cuadro de imagen durante 2 s después de la iniciación de la inestabilidad usando una Transformada Rápida de Fourier discreta. Registre el mínimo, la media, y el valor máximo de la longitud de onda observada para la velocidad de rotación del experimento y la viscosidad de las capas de fluido. </li></ol>

<ol>
	<li>Lewis, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+instability+of+liquid+surfaces+when+accelerated+in+a+direction+perpendicular+to+their+planes.+II.">The instability of liquid surfaces when accelerated in a direction perpendicular to their planes. II.</a> Proc. Roy. Soc., A. 202, 81-96 (1950).</li><li>Read, K. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+investigation+of+turbulent+mixing+by+Rayleigh-Taylor+instability.">Experimental investigation of turbulent mixing by Rayleigh-Taylor instability.</a> Physica D. 12, 45-58 (1984).</li><li>Dimonte, G., Schneider, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Turbulent+Rayleigh-Taylor+instability+experiments+with+variable+acceleration.">Turbulent Rayleigh-Taylor instability experiments with variable acceleration.</a> Phys. Rev. E. 54, 3740-3743 (1996).</li><li>Dalziel, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rayleigh-Taylor+instability+:+experiments+with+image+analysis.">Rayleigh-Taylor instability : experiments with image analysis.</a> Dyn. Atmos. Oceans. 20, 127-153 (1993).</li><li>Jacobs, J. W., Dalziel, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rayleigh-Taylor+instability+in+complex+stratifications.">Rayleigh-Taylor instability in complex stratifications.</a> J. Fluid Mech. 542, 251-279 (2005).</li><li>Linden, P. F., Redondo, J. M., Youngs, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+mixing+in+Rayleigh-Taylor+instability.">Molecular mixing in Rayleigh-Taylor instability.</a> J. Fluid Mech. , 97-124 (1994).</li><li>Lord Rayleigh, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+the+Character+of+the+Equilibrium+of+an+Incompressible+Heavy+Fluid+of+Variable+Density.">Investigation of the Character of the Equilibrium of an Incompressible Heavy Fluid of Variable Density.</a> Proc. Lon. Math. Soc. 14, 170-177 (1883).</li><li>Taylor, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+instability+of+fluid+surfaces+when+accelerated+in+a+direction+perpendicular+to+their+planes.+I.">The instability of fluid surfaces when accelerated in a direction perpendicular to their planes. I.</a> Proc. Roy. Soc., A. 201, 192-196 (1950).</li><li>Limat, L., Jenffer, P., Dagens, B., Touron, E., Fermigier, M., Wesfreid, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gravitational+instabilities+of+thin+liquid+layers:+dynamics+of+pattern+selection.">Gravitational instabilities of thin liquid layers: dynamics of pattern selection.</a> Physica D. 61, 166-182 (1992).</li><li>Gelfand, J. D., Slane, P. O., Zhang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Dynamical+Model+for+the+Evolution+of+a+Pulsar+Wind+Nebula+Inside+a+Nonradiative+Supernova+Remnant.">A Dynamical Model for the Evolution of a Pulsar Wind Nebula Inside a Nonradiative Supernova Remnant.</a> Astrophys. J. 703, 2051-2067 (2009).</li><li>Taylor, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experiments+on+the+Motion+of+Solid+Bodies+in+Rotating+Fluids.">Experiments on the Motion of Solid Bodies in Rotating Fluids.</a> Proc. Roy. Soc., A. 104, 213-218 (1923).</li><li>Proudman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+Motion+of+Solids+in+a+Liquid+Possessing+Vorticity.">On the Motion of Solids in a Liquid Possessing Vorticity.</a> Proc. Roy. Soc., A. 92, 408-424 (1916).</li><li>Taylor, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motion+of+Solids+in+Fluids+when+the+Flow+is+not+lrrotational.">Motion of Solids in Fluids when the Flow is not lrrotational.</a> Proc. Roy. Soc., A. 93, 99-113 (1917).</li><li>Carl&#232;s, P., Huang, Z., Carbone, G., Rosenblatt, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rayleigh-Taylor+Instability+for+Immiscible+Fluids+of+Arbitrary+Viscosities:+A+Magnetic+Levitation+Investigation+and+Theoretical+Model.">Rayleigh-Taylor Instability for Immiscible Fluids of Arbitrary Viscosities: A Magnetic Levitation Investigation and Theoretical Model.</a> Phys. Rev. Lett. 96, 104501 (2006).</li><li>Huang, Z., De Luca, A., Atherton, T. J., Bird, M., Rosenblatt, C., Carl&#232;s, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rayleigh-Taylor+Instability+Experiments+with+Precise+and+Arbitrary+Control+of+the+Initial+Interface+Shape.">Rayleigh-Taylor Instability Experiments with Precise and Arbitrary Control of the Initial Interface Shape.</a> Phys. Rev. Lett. 99, 204502 (2007).</li><li>Baldwin, K. A., Scase, M. M., Hill, R. J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Inhibition+of+the+Rayleigh-Taylor+Instability+by+Rotation.">The Inhibition of the Rayleigh-Taylor Instability by Rotation.</a> Sci. Rep. 5, 11706 (2015).</li><li>Rossby, H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+study+of+B&#233;nard+convection+with+and+without+rotation.">A study of B&#233;nard convection with and without rotation.</a> J. Fluid Mech. 36, 309-335 (1969).</li></ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Hay dos pasos críticos dentro del protocolo. El primero es 2.1.6.4. Si la capa de luz se hace flotar sobre la capa densa con demasiada rapidez después mezclando irreversible de las dos capas de fluidos miscibles se lleva a cabo. Es esencial que esto se evita y que se consigue una interfaz aguda (&lt;2 mm) entre las dos capas. El segundo paso es crítico 3.1.5. Si el experimento se libera hacia el imán y sin haber hecho un trompo en marcha plenamente en la rotación del cuerpo sólido o sin el aparato de captura de im...

<html> Un sistema de fluido de densidad estratificado que consiste en dos capas puede estar dispuesto en un campo gravitacional, ya sea en un establo o una configuración inestable. Si la capa densa pesada debajo de la capa menos densa, la luz, entonces el sistema es estable: perturbaciones en la interfaz son estables, restaurado por la gravedad, y las olas se puede apoyar en la interfaz. Si la capa pesada se superpone a la capa de la luz, entonces el sistema es inestable y perturbaciones a la ampliación de la interfaz. Esta inestabilidad fluido fundamental es la inestabilidad de Rayleigh-Taylor 7, 8. Exactamente de la misma inestabilidad puede observarse en sistemas no giratorio que se aceleran hacia la capa más pesada. Debido a la naturaleza fundamental de la inestabilidad que se observa en muchos flujos que también varían en gran medida en la escala: de pequeña escala fenómenos película delgada 9 a las características observadas en escala astrofísicas, por ejemplo, la nebulosa de cangrejoef &quot;&gt; 10, donde se observan estructuras similares a dedos, creado por vientos de pulsares se acelera a través de los remanentes de supernova más densos. Es una cuestión abierta en cuanto a cómo la inestabilidad de Rayleigh-Taylor puede ser controlada o influida una vez que la diferencia de densidad inestable inicial ha sido establecido en una interfaz. una posibilidad es considerar rotación mayor parte del sistema. el propósito de los experimentos es investigar el efecto de la rotación en el sistema, y ​​si esto puede ser una ruta para la estabilización. Consideramos un sistema de fluido que consiste en una de dos capas de estratificación gravitacionalmente inestable que está sujeto a rotación constante alrededor de un eje paralelo a la dirección de la gravedad. Una perturbación a una estratificación de la densidad de dos capas inestable conduce a la generación baroclínica de vorticidad, es decir, el vuelco, en la interfase, que tiende a romper de seguridad de ningún estructuras verticales. Sin embargo, un fluido en rotación se conoce a organizarse en st verticales coherenteructures alineados con el eje de rotación, los llamados &#39;columnas de Taylor 11. Por lo tanto el sistema bajo investigación se somete a la competencia entre el efecto estabilizador de la rotación, que está organizando el flujo en las estructuras verticales y la prevención de las dos capas de vuelco, y el efecto desestabilizador del fluido más denso que recubre el líquido más ligero que genera un movimiento de vuelco en la interfase . Con el aumento de la velocidad de rotación de la capacidad de las capas de fluido se mueva radialmente, con sentido opuesto entre sí, con el fin de reorganizar a sí mismos en una configuración más estable, se inhibe cada vez más por el teorema de Taylor-Proudman 12, 13: el movimiento radial se reduce y las estructuras observadas que se materializan medida que se desarrolla la inestabilidad son de menor escala. Higo. 1 muestra cualitativamente el efecto de la rotación de los remolinos que se forman como se desarrolla la inestabilidad. En elimagen mano izquierda no hay rotación y el flujo es una aproximación a la clásica inestabilidad no giratorio Rayleigh-Taylor. En la imagen de la mano derecha todos los parámetros experimentales son idénticos la imagen de la izquierda, excepto que el sistema está siendo girada alrededor de un eje vertical alineado con el centro del tanque para. Se puede observar que el efecto de la rotación es reducir el tamaño de los remolinos que se forman. Esto, a su vez, da lugar a una inestabilidad que se desarrolla más lentamente que la contraparte no giratorio. Los efectos magnéticos que modifican el tensor de tensiones en el fluido pueden ser considerados como actuando de la misma manera que un campo gravitatorio modificado. Por lo tanto, somos capaces de crear una estratificación gravitacionalmente estable y girar hacia arriba en la rotación de cuerpo sólido. Las fuerzas de cuerpo magnéticos generados por el que se establece el gradiente de campo magnético y luego imitan el efecto de la modificación del campo gravitatorio. Esto hace que la interfaz inestable tal que el sistema de fluido behaves, con una buena aproximación, como una clásica inestabilidad de Rayleigh-Taylor en rotación. Este enfoque se ha intentado anteriormente en dos dimensiones sin rotación 14, 15. Para un campo magnético aplicado con gradiente de campo magnético inducido B, la fuerza corporal aplicada a un fluido constante de χ susceptibilidad magnética volumen viene dado por f = grad (χ 2 B / μ 0), donde B = | B | y μ 0 = 4π × 10 -7 -2 NA es la permeabilidad magnética del espacio libre. Por lo tanto, podemos considerar que el imán para manipular el peso efectivo de cada capa de fluido, donde el peso efectivo por unidad de volumen de un fluido de ρ densidad en un campo gravitacional de la fuerza g viene dada por ρ g - χ (∂ B 2 / ∂ z ) / (2 μ 0).

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="696">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Blue water tracing dye</td>
			<td style="width:195px;">Cole-Parmer</td>
			<td style="width:119px;">00295-18</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Red water tracing dye</td>
			<td style="width:195px;">Cole-Parmer</td>
			<td style="width:119px;">00295-16</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sodium Chloride</td>
			<td style="width:195px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>&#62;99% purity</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Manganese Chloride Tetrahydrate</td>
			<td style="width:195px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>See MSDS</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Fluorescein sodium salt&#160;</td>
			<td style="width:195px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Magnet</td>
			<td style="width:195px;">Cryogenic Ltd. London</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

magnetically induced rotating rayleigh-taylor instability

Las técnicas clásicas para la investigación de la inestabilidad de Rayleigh-Taylor incluyen el uso de gases comprimidos 1, 2 cohetes o motores eléctricos lineales 3 para invertir la dirección efectiva de la gravedad, y acelerar el fluido más ligero hacia el líquido más denso. Otros autores por ejemplo, 4, 5, 6 se han separado una estratificación gravitacionalmente inestable con una barrera que se retira para iniciar el flujo. Sin embargo, la interfaz inicial parabólico en el caso de una estratificación de rotación impone dificultades técnicas significativas experimentalmente. Queremos ser capaces de volver a acelerarse la estratificación en la rotación de cuerpo sólido y sólo entonces iniciar el flujo con el fin de investigar los efectos de la rotación sobre la inestabilidad de Rayleigh-Taylor. El enfoque que hemos adoptado aquí es utilizar el campo magnético deun imán superconductor para manipular el peso efectivo de los dos líquidos para iniciar el flujo. Creamos una estratificación de dos capas gravitacionalmente estable usando técnicas de flotación estándar. La capa superior es menos densa que la capa inferior y por lo que el sistema es Rayleigh-Taylor estable. Esta estratificación se hace girar en marcha entonces hasta que las dos capas están en rotación de cuerpo sólido y se observa una interfaz parabólica. Estos experimentos utilizan fluidos con baja susceptibilidad magnética, | χ | ~ 10 -6-10 -5, en comparación con un ferrofluidos. El efecto dominante del campo magnético se aplica un cuerpo-fuerza para cambiar el peso efectivo de cada capa. La capa superior es débilmente paramagnética mientras que la capa inferior es débilmente diamagnético. Cuando se aplica el campo magnético, la capa inferior es repelido por el imán mientras que la capa superior es atraído hacia el imán. Una inestabilidad de Rayleigh-Taylor se consigue con la aplicación de un alto campo magnético de gradiente. Se observó, además, que increasing la viscosidad dinámica del fluido en cada capa, aumenta la longitud de escala de la inestabilidad.

Higo. 4 muestra el desarrollo de la inestabilidad de Rayleigh-Taylor en la interfaz entre los dos fluidos, para cuatro diferentes velocidades de rotación: Ω = -1 (fila superior) 1,89 rad s, Ω = 3,32 rad s -1, Ω = 4,68 rad s - 1 y Ω = 8,74 rad s-1 (fila inferior). La interfaz se muestra la evolución en el tiempo de t = 0 s (columna izquierda) con incrementos de 0,5 s en t = 3,0 s (columna de la derecha). Por tanto...

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Magnetically Induced Rotating Rayleigh-Taylor Instability

We present a protocol for preparing a two-layer density-stratified liquid that can be spun-up into solid body rotation and subsequently induced into Rayleigh-Taylor instability by applying a gradient magnetic field.

La inestabilidad inducida magnéticamente giratorio de Rayleigh-Taylor

Classical techniques for investigating the Rayleigh-Taylor instability include using compressed gasses1, rocketry2 or linear electric motors3 to reverse ...

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9.4K vistas.  University of Nottingham. We present a protocol for preparing a two-layer density-stratified liquid that can be spun-up into solid body rotation and subsequently induced into Rayleigh-Taylor instability by applying a gradient magnetic field.

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Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses

Early plasma is generated owing to high intensity laser irradiation of target and the subsequent target material ionization. Its dynamics plays a significant role in laser-material interaction, especially in the air environment1-11.
Early plasma evolution has been captured through pump-probe shadowgraphy1-3 and interferometry1,4-7. However, the studied time frames and applied laser parameter ranges are limited. For example, direct examinations of plasma front locations and electron number densities within a delay time of 100 picosecond (ps) with respect to the laser pulse peak are still very few, especially for the ultrashort pulse of a duration around 100 femtosecond (fs) and a low power density around 1014 W/cm2. Early plasma generated under these conditions has only been captured recently with high temporal and spatial resolutions12. The detailed setup strategy and procedures of this high precision measurement will be illustrated in this paper. The rationale of the measurement is optical pump-probe shadowgraphy: one ultrashort laser pulse is split to a pump pulse and a probe pulse, while the delay time between them can be adjusted by changing their beam path lengths. The pump pulse ablates the target and generates the early plasma, and the probe pulse propagates through the plasma region and detects the non-uniformity of electron number density. In addition, animations are generated using the calculated results from the simulation model of Ref. 12 to illustrate the plasma formation and evolution with a very high resolution (0.04 ~ 1 ps).
Both the experimental method and the simulation method can be applied to a broad range of time frames and laser parameters. These methods can be used to examine the early plasma generated not only from metals, but also from semiconductors and insulators.

An experimental method to examine the early plasma evolution induced by ultrashort laser pulses is described. Using this method, high quality images of early plasma are obtained with high temporal and spatial resolutions. A novel integrated atomistic model is used to simulate and explain the mechanisms of early plasma.

Investigación de la Evolución de plasma precoz inducida por pulsos láser ultracortos

Early plasma is generated owing to high intensity laser irradiation of target and the subsequent target material ionization. Its dynamics plays a ...

Investigación

Ingeniería

Laser-induced Breakdown Spectroscopy: A New Approach for Nanoparticle's Mapping and Quantification in Organ Tissue

Emission spectroscopy of laser-induced plasma was applied to elemental analysis of biological samples. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) performed on thin sections of rodent tissues: kidneys and tumor, allows the detection of inorganic elements such as (i) Na, Ca, Cu, Mg, P, and Fe, naturally present in the body and (ii) Si and Gd, detected after the injection of gadolinium-based nanoparticles. The animals were euthanized 1&#160;to 24 hr&#160;after intravenous injection of particles. A two-dimensional scan of the sample, performed using a motorized micrometric 3D-stage, allowed the infrared laser beam exploring the surface with a lateral resolution less than 100 &#956;m. Quantitative chemical images of Gd element inside the organ were obtained with sub-mM sensitivity. LIBS offers a simple and robust method to study the distribution of inorganic materials without any specific labeling. Moreover, the compatibility of the setup with standard optical microscopy emphasizes its potential to provide multiple images of the same biological tissue with different types of response:&#160;elemental, molecular, or cellular.

Laser-induced breakdown spectroscopy performed on thin organ and tumor tissue successfully detected natural elements and artificially injected gadolinium (Gd), issued from Gd-based nanoparticles. Images of chemical elements reached a resolution of 100 &#956;m and quantitative sub-mM sensitivity. The compatibility of the setup with standard optical microscopy emphasizes its potential to provide multiple images of a same biological tissue.

Inducida por láser Breakdown Spectroscopy: un nuevo enfoque para el mapeo y cuantificación de nanopartículas en tejidos de órganos

Emission spectroscopy of laser-induced plasma was applied to elemental analysis of biological samples. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) ...

Laser-induced Forward Transfer for Flip-chip Packaging of Single Dies

Flip-chip (FC) packaging is a key technology for realizing high performance, ultra-miniaturized and high-density circuits in the micro-electronics industry. In this technique the chip and/or the substrate is bumped and the two are bonded via these conductive bumps. Many bumping techniques have been developed and intensively investigated since the introduction of the FC technology in 19601 such as stencil printing, stud bumping, evaporation and electroless/electroplating2. Despite the progress that these methods have made they all suffer from one or more than one drawbacks that need to be addressed such as cost, complex processing steps, high processing temperatures, manufacturing time and most importantly the lack of flexibility. In this paper, we demonstrate a simple and cost-effective laser-based bump forming technique known as Laser-induced Forward Transfer (LIFT)3. Using the LIFT technique a wide range of bump materials can be printed in a single-step with great flexibility, high speed and accuracy at RT. In addition, LIFT enables the bumping and bonding down to chip-scale, which is critical for fabricating ultra-miniature circuitry.

We demonstrate the use of the Laser-induced Forward Transfer (LIFT) technique for flip-chip assembly of optoelectronic components. This approach provides a simple, cost-effective, low-temperature, fast and flexible solution for fine-pitch bumping and bonding on chip-scale for achieving high-density circuits for optoelectronic applications.

Transferencia Forward inducida por láser para Flip-chip de embalaje de muñones individuales

Flip-chip (FC) packaging is a key technology for realizing high performance, ultra-miniaturized and high-density circuits in the micro-electronics ...

Visible-light Induced Reduction of Graphene Oxide Using Plasmonic Nanoparticle

Present work demonstrates the simple, chemical free, fast, and energy efficient method to produce reduced graphene oxide (r-GO) solution at RT using visible light irradiation with plasmonic nanoparticles. The plasmonic nanoparticle is used to improve the reduction efficiency of GO. It only takes 30 min&#160;at RT by illuminating the solutions with Xe-lamp, the r-GO solutions can be obtained by completely removing gold nanoparticles through simple centrifugation step. The spherical gold nanoparticles (AuNPs) as compared to the other nanostructures is the most suitable plasmonic nanostructure for r-GO preparation. The reduced graphene oxide prepared using visible light and AuNPs was equally qualitative as chemically reduced graphene oxide, which was supported by various analytical techniques such as UV-Vis spectroscopy, Raman spectroscopy, powder XRD and XPS. The reduced graphene oxide prepared with visible light shows excellent quenching properties over the fluorescent molecules modified on ssDNA and excellent fluorescence recovery for target DNA detection. The r-GO prepared by recycled AuNPs is found to be of same quality with that of chemically reduced r-GO. The use of visible light with plasmonic nanoparticle demonstrates the good alternative method for r-GO synthesis.

A simple protocol for the preparation of reduced graphene oxide using visible light and plasmonic nanoparticle is described.

Luz visible reducción inducida de grafeno Óxido Usando plasmónica de nanopartículas

Present work demonstrates the simple, chemical free, fast, and energy efficient method to produce reduced graphene oxide (r-GO) solution at RT using ...

Simulation of Human-induced Vibrations Based on the Characterized In-field Pedestrian Behavior

For slender and lightweight structures, vibration serviceability is a matter of growing concern, often constituting the critical design requirement. With designs governed by the dynamic performance under human-induced loads, a strong demand exists for the verification and refinement of currently available load models. The present contribution uses a 3D inertial motion tracking technique for the characterization of the in-field pedestrian behavior. The technique is first tested in laboratory experiments with simultaneous registration of the corresponding ground reaction forces. The experiments include walking persons as well as rhythmical human activities such as jumping and bobbing. It is shown that the registered motion allows for the identification of the time variant pacing rate of the activity. Together with the weight of the person and the application of generalized force models available in literature, the identified time-variant pacing rate allows to characterize the human-induced loads. In addition, time synchronization among the wireless motion trackers allows identifying the synchronization rate among the participants. Subsequently, the technique is used on a real footbridge where both the motion of the persons and the induced structural vibrations are registered. It is shown how the characterized in-field pedestrian behavior can be applied to simulate the induced structural response. It is demonstrated that the in situ identified pacing rate and synchronization rate constitute an essential input for the simulation and verification of the human-induced loads. The main potential applications of the proposed methodology are the estimation of human-structure interaction phenomena and the development of suitable models for the correlation among pedestrians in real traffic conditions.

A protocol is presented for the characterization of the in-field pedestrian behavior and the simulation of the resulting structural response. Field-tests demonstrate that the in situ identified pacing rate and synchronization rate among the participants constitute an essential input for the simulation and verification of the human-induced loads.

Simulación de vibraciones humanas inducida Basado en la calificó el comportamiento peatonal en el terreno

For slender and lightweight structures, vibration serviceability is a matter of growing concern, often constituting the critical design requirement. With ...

Laser-induced Forward Transfer of Ag Nanopaste

Over the past decade, there has been much development of non-lithographic methods1-3 for printing metallic inks or other functional materials. Many of these processes such as inkjet3 and laser-induced forward transfer (LIFT)4 have become increasingly popular as interest in printable electronics and maskless patterning has grown. These additive manufacturing processes are inexpensive, environmentally friendly, and well suited for rapid prototyping, when compared to more traditional semiconductor processing techniques. While most direct-write processes are confined to two-dimensional structures and cannot handle materials with high viscosity (particularly inkjet), LIFT can transcend both constraints if performed properly. Congruent transfer of three dimensional pixels (called voxels), also referred to as laser decal transfer (LDT)5-9, has recently been demonstrated with the LIFT technique using highly viscous Ag nanopastes to fabricate freestanding interconnects, complex voxel shapes, and high-aspect-ratio structures. In this paper, we demonstrate a simple yet versatile process for fabricating a variety of micro- and macroscale Ag structures. Structures include simple shapes for patterning electrical contacts, bridging and cantilever structures, high-aspect-ratio structures, and single-shot, large area transfers using a commercial digital micromirror device (DMD) chip.

We demonstrate the use of the Laser-induced forward transfer technique (LIFT) for the printing of high-viscosity Ag paste. This technique offers a simple, low temperature, robust process for non-lithographically printing microscale 2D and 3D structures.

Transferencia Forward inducida por láser de Ag nanopasta

Over the past decade, there has been much development of non-lithographic methods1-3 for printing metallic inks or other functional materials. Many of ...

Fabrication of 1-D Photonic Crystal Cavity on a Nanofiber Using Femtosecond Laser-induced Ablation

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using femtosecond laser-induced ablation. We show that thousands of periodic nano-craters are fabricated on an optical nanofiber by irradiating with just a single femtosecond laser pulse. For a typical sample, periodic nano-craters with a period of 350 nm and with diameter gradually varying from 50 - 250 nm over a length of 1 mm are fabricated on a nanofiber with diameter around 450 - 550 nm. A key aspect of such a nanofabrication is that the nanofiber itself acts as a cylindrical lens and focuses the femtosecond laser beam on its shadow surface. Moreover, the single-shot fabrication makes it immune to mechanical instabilities and other fabrication imperfections. Such periodic nano-craters on nanofiber, act as a 1-D PhC and enable strong and broadband reflection while maintaining the high transmission out of the stopband. We also present a method to control the profile of the nano-crater array to fabricate apodized and defect-induced PhC cavities on the nanofiber. The strong confinement of the field, both transverse and longitudinal, in the nanofiber-based PhC cavities and the efficient integration to the fiber networks, may open new possibilities for nanophotonic applications and quantum information science.

We present a protocol for fabricating 1-D photonic crystal cavities on subwavelength diameter silica fibers (optical nanofibers) using femtosecond laser-induced ablation.

La fabricación de 1-D de cristal fotónico cavidad en un nanofibras Uso de ablación inducida por láser de femtosegundo

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using ...

Preparation of Liquid Crystal Networks for Macroscopic Oscillatory Motion Induced by Light

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous light irradiation. The photo-excitation of dopants that can quickly dissipate light into heat, coupled with anisotropic thermal expansion and self-shadowing of the film, gives rise to the self-sustained deformation. The oscillations observed are influenced by the dimensions and the modulus of the film, and by the directionality and intensity of the light. The system developed offers applications in energy conversion and harvesting for soft-robotics and automated systems.
The general method described here consists of creating free-standing liquid crystalline films and characterizing the mechanical and thermal effects observed. The molecular alignment is achieved using alignment layers (rubbed polyimide), commonly used in the display manufacturing industry. To obtain actuators with large deformation, the mesogens are aligned and polymerized in a splay/bend configuration, i.e., with the director of the liquid crystals (LCs) going gradually from planar to homeotropic through the film thickness. Upon irradiation, the mechanical and thermal oscillations obtained are monitored with a high-speed camera. The results are further quantified by image analysis using an image processing program.

The goal of the protocol is to create liquid crystalline polymer films that can mechanically oscillate under continuous light irradiation. We describe in great detail the conception of free-standing films, from the liquid crystal alignment method to the photo-actuation. The experimental protocol applied to prepare this material is broadly applicable.

Preparación de redes de cristal líquido para macroscópico movimiento oscilatoria inducida por luz

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous ...

Fabrication Procedures and Birefringence Measurements for Designing Magnetically Responsive Lanthanide Ion Chelating Phospholipid Assemblies

Bicelles are tunable disk-like polymolecular assemblies formed from a large variety of lipid mixtures. Applications range from membrane protein structural studies by nuclear magnetic resonance (NMR) to nanotechnological developments including the formation of optically active and magnetically switchable gels. Such technologies require high control of the assembly size, magnetic response and thermal resistance. Mixtures of 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DMPC) and its lanthanide ion (Ln3+) chelating phospholipid conjugate, 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phospho-ethanolamine-diethylene triaminepentaacetate (DMPE-DTPA), assemble into highly magnetically responsive assemblies such as DMPC/DMPE-DTPA/Ln3+ (molar ratio 4:1:1) bicelles. Introduction of cholesterol (Chol-OH) and steroid derivatives in the bilayer results in another set of assemblies offering unique physico-chemical properties. For a given lipid composition, the magnetic alignability is proportional to the bicelle size. The complexation of Ln3+ results in unprecedented magnetic responses in terms of both magnitude and alignment direction. The thermo-reversible collapse of the disk-like structures into vesicles upon heating allows tailoring of the assemblies&#39; dimensions by extrusion through membrane filters with defined pore sizes. The magnetically alignable bicelles are regenerated by cooling to 5 &#176;C, resulting in assembly dimensions defined by the vesicle precursors. Herein, this fabrication procedure is explained and the magnetic alignability of the assemblies is quantified by birefringence measurements under a 5.5 T magnetic field. The birefringence signal, originating from the phospholipid bilayer, further enables monitoring of polymolecular changes occurring in the bilayer. This simple technique is complementary to NMR experiments that are commonly employed to characterize bicelles.

Fabrication procedures for highly magnetically responsive lanthanide ion chelating polymolecular assemblies are presented. The magnetic response is dictated by the assembly size, which is tailored by extrusion through nanopore membranes. The assemblies&#39; magnetic alignability and temperature-induced structural changes are monitored by birefringence measurements, a complimentary technique to nuclear magnetic resonance and small angle neutron scattering.

Procedimientos de fabricación y medidas de birrefringencia para diseñar Ion lantánido magnéticamente sensibles quelantes ensamblajes de fosfolípidos

Bicelles are tunable disk-like polymolecular assemblies formed from a large variety of lipid mixtures. Applications range from membrane protein structural ...

Uncoupling Coriolis Force and Rotating Buoyancy Effects on Full-Field Heat Transfer Properties of a Rotating Channel

An experimental method for exploring the heat transfer characteristics of an axially rotating channel is proposed. The governing flow parameters that characterize the transport phenomena in a rotating channel are identified via the parametric analysis of the momentum and energy equations referring to a rotating frame of reference. Based on these dimensionless flow equations, an experimental strategy that links the design of the test module, the experimental program and the data analysis is formulated with the attempt to reveal the isolated Coriolis-force and buoyancy effects on heat transfer performances. The effects of Coriolis force and rotating buoyancy are illustrated using the selective results measured from rotating channels with various geometries. While the Coriolis-force and rotating-buoyancy impacts share several common features among the various rotating channels, the unique heat transfer signatures are found in association with the flow direction, the channel shape and the arrangement of heat transfer enhancement devices. Regardless of the flow configurations of the rotating channels, the presented experimental method enables the development of physically consistent heat transfer correlations that permit the evaluation of isolated and interdependent Coriolis-force and rotating-buoyancy effects on the heat transfer properties of rotating channels.

Here, we present an experimental method for decoupling the interdependent Coriolis-force and rotating-buoyancy effects on full-field heat transfer distributions of a rotating channel.

Fuerza de Coriolis desacoplar y rotación efectos de flotabilidad en el calor de campo completo transferencia de propiedades de un canal de rotación

An experimental method for exploring the heat transfer characteristics of an axially rotating channel is proposed. The governing flow parameters that ...